扇出型晶圆级封装 满足高接脚数芯片需求
- 魏淑芳
从2016年至2017年,扇出型封装技术(Fan-Out)仍然是热门议题。尤其在2016年,台积电独家以整合扇出型晶圆级封装技术(Integrated Fan-out Wafer Level Packaging;InFoWLP)取得 iPhone7处理器A10的生产订单后,更一举奠定未来功能强大且高接脚数的手机芯片或应用处理器,势将转向采用FOWLP封装技术的趋势。
台积电的InFo在分类上不仅属于WLCSP的Fan-out技术,同时也属于多芯片封装的SiP技术。其实,对于系统整合而言,2016年可以说是具有里程碑意义的一年,尤以台积电扮演关键性角色。
在这一年,除了领先全球大量生产整合型扇出层叠封装(InFO PoP)技术外,台积电还有许多值得一书的成果,包括:成功完成第二代整合型扇出层叠封装(InFO PoP Gen-2)先进封装技术的验证以支持移动应用产品,以及整合型扇出晶圆级细间距扇出(InFO Wafer-level Fine-pitch Fan-out)技术的验证,以支持晶粒分割 (die-partition) 高速应用,此细间距扇出技术并预计于今年(2017)年进入量产。
苹果领头 带动业界跟进采用
扇出型封装前景看好,研究机构Yole Developpement分析指出,2016年是扇出封装发展史上的重要转折点,原因在于苹果处理器的采用能为扇出封装创造出庞大的需求量,奠定规模经济的基础;其次,苹果发挥领头羊作用,吸引其他芯片业者加入扇出封装的使用行列。
另外,还有非常重要的一点是,在台积电的技术奥援下,扇出封装技术可支持的I/O数量大增。整体而言,过去扇出型封装市场主要产品集中在封装大小在8x8mm以下产品,未来在终端产品对低成本和高整合度的需求下,大于12x12mm封装大小的产品也将持续导入扇出型封装技术。
也就是说,未来扇出型封装除了能用于基带处理器、电源管理、射频收发器等接脚数较少的芯片外,透过高密度扇出封装技术的进展,如智能手机应用处理器芯片、绘图芯片、存储器、现场可程序化闸阵列装置(FPGA)等具备大量I/O接脚的芯片也能采用扇出型封装,这也意味着扇出型封装将持续侵蚀原本使用覆晶封装的芯片市场,及与覆晶封装技术搭配使用的载板市场,扇出型封装技术的市场版图得以进一步扩展。
具成本及效能优势 市场前景佳
工研院IEK ITIS计划产业分析师杨启鑫指出,扇出型封装技术具有许多成本及效能优势,例如,手机应用处理器传统采用覆晶堆叠封装技术(Flip Chip Package on package)进行逻辑芯片及存储器芯片堆叠,然而如果改用扇出型封装技术,则由于其底层逻辑芯片不需载板,因此整体封装便可节省20%以上厚度,符合智能手机薄型化的优点。此外,由于不需载板,因此在制程良率佳的前提下便可提供节省成本的好处。
种种优点带出扇出型封装技术的市场潜力,根据Yole研究,2016?2022年期间,先进封装产业总体营收的复合年成长率(CAGR)预计可达7%,超过整体封装产业(3?4%)、半导体产业(4?5%)、PCB产业(2?3%)、全球电子产业(3?4%)以及全球GDP(2?3%)。
其中尤以扇出型是成长最快速的先进封装平台,成长率达到36%,其次则是2.5D/3D TSV平台,成长率速度为28%。至2022年,扇出型封装的市场规模预计将超过30亿美元,而2.5D/3D TSV封装的市场规模至2021年预计将达到10亿美元。
晶圆代工拔得头筹 封装厂急起直追
有监于扇出封装技术商机可期,许多业者无不积极切入,三星的动向尤受瞩目,毕竟该公司意欲抢回苹果订单的企图昭然若揭,然而,不同于台积电的InFoWLP,三星极力研发的扇出封装技术名为「扇出型面板级封装 (Fan-out Panel Level Package;FoPLP)」,由于其良率尚无法达到量产规模,因此预计此技术约需再经过一至两年才能派上用场。
扇出型面板级封装被视为下时代高性价比、高整合度IC封装技术。根据工研院影像显示科技中心的说明,扇出型面板级封装的高精细度多层重分布导线制程技术,可应用于高密度接脚的芯片封装应用,此技术无基板之多层膜整合技术,可大幅减少封装模块的厚度。应用范围包括:IC封装(单芯片模块,多芯片模块与多芯片堆叠模块),以及发光二极管显示模块等。
除了台积电和三星之外,新加坡星科金朋(STATS ChipPAC) 在被江苏长电科技收购后,也进一步投入扇出型封装技术的开发;日月光集团则获得Deca Technologies的M系列扇出型晶圆级封装技术授权,日月光曾表示,由于客户需求量大,2017年在扇出型封装的资本支出规模会较大,目前扇出型封装每月产能约1万片至1.5万片,预期到今年底扇出型封装每月产能可望倍增。其他厂商,包括 Amkor、矽品科技及力成科技等也都已投入扇出型封装技术。
值得一提的是,晶圆代工大厂格罗方德(GlobalFoundries)甫于日前宣布,采用高效能14纳米FinFET制程技术的FX-14特定应用集成电路(ASIC)整合设计系统,已通过2.5D封装技术解决方案的矽功能验证。
这也让该公司成为继台积电后,全球第二家拥有扇出型封装(InFO)技术的晶圆代工业者。此2.5D ASIC解决方案包含一个缝合载板仲介层,用以克服微影技术的限制,以及一个Rambus的多通道HBM2 PHY,每秒可处理2Tbps。
格罗方德产品开发副总Kevin O’Buckley表示,随着近年来互连与封装技术出现大幅进展,晶圆制程与封装技术间的界线已趋模糊,将 2.5D封装技术整合至ASIC设计中,能带来突破性的效能提升,得以为新一代有线通讯、5G无线联网、云端及数据中心服务器、机器学习及深度神经网络、汽车、太空和国防等应用,提供独特的解决方案。
此外,2017年初的两桩封装产业购并案再次凸显扇出封装技术的热门程度。其一是Veeco签订8.15亿美元收购Ultratech的协议。Ultratech是扇出型封装微影设备的市场领导者,Veeco此次交易将有助巩固其在先进封装市场的地位,并丰富微影机台的产品组合。
其二是Amkor Technology将收购Nanium。欧洲公司Nanium在内嵌式晶圆级球栅阵列(eWLB)生产中累积近10年的晶圆级封装经验,收购Nanium将有助Amkor进一步完善其在扇出型封装方面的研发。
整体而言,随着物联网、VR/AR、智能手机、智能穿戴设备等热门产品的成长普及,高端先进封装技术Fan-out WLP的需求势将水涨船高,而随着各大业者的研发能量化为商业价值,市场将快速成长。